1.2 静电力 库仑定律 课件 (1)

课件42张PPT。2　静电力 库仑定律1．掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量．
2．会用库仑定律的公式进行有关的计算．
3．知道库仑扭秤的实验原理. 忽略不计 并不存在 大小和形状 增大 减小 减小 增大 增大 减小 点电荷乘积平方连线静电力常量 万有引力定律 矢量和 特别提醒　库仑定律只适用于真空中的点电荷之间静电力的计算．任意形状的带电体之间的静电力应找出它们的等效点电荷，然后再用库仑定律计算．一、点电荷的概念及库仑定律的适用条件
1．点电荷是一个相对的概念，至于带电体的线度比相关的距离小多少时它才能当作点电荷，要看问题所要求的精确度而定．在宏观意义上讨论电子、质子等带电粒子时，完全可以把它们视为点电荷．2．一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定．
例如，一个半径10 cm的带电圆盘，如果考虑它和10 m处某个电子的作用力，就完全可以把它看做点电荷，而如果这个电子离圆盘只有1 mm，那么这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面．三、库仑定律的应用
1．计算库仑力的大小与判断库仑力的方向分别进行．即用公式计算库仑力的大小时，不必将电荷q1、q2的正、负号代入公式中，而只将电荷量的绝对值代入公式中计算出力的大小，力的方向根据同种电荷相斥、异种电荷相吸加以判断即可．
2．式中各量的单位要统一用国际单位，与k＝9.0×109 N·m2/C2统一．3．如果一个点电荷同时受到另外的两个或更多的点电荷的作用力，可由静电力叠加的原理求出合力．
4．两个点电荷间的库仑力为相互作用力，同样满足牛顿第三定律．5．库仑定律与万有引力定律的比较
特别提醒　(1)库仑力和万有引力是不同性质的力．
(2)万有引力定律适用时，库仑定律不一定适用．【典例1】 如图1－2－1所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离l为球半径的3倍．若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么关于a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F库的表达式正确的是(　　)．答案　D
借题发挥　任何物理定律的成立都有一定的适用条件，不能盲目生搬硬套．本题对两个定律的适用条件陈述较为隐蔽，充分挖掘才能理清．【变式1】
两个点电荷相距为d，相互作用力大小为F；保持两点电荷电荷量不变，改变它们之间的距离，使之相互作用力大小变为4F，则两点电荷之间的距离应变为(　　)．
A．4d B．2d
C．d/2 D．d/4答案　C解析　若设q1、q3均带正电，则虽然q2可以平衡，但q1或q3所受的两个库仑力由于均为斥力故而方向相同，不能平衡．若设q1、q3均带负电，则每个点电荷所受的两个库仑力均方向相反，可能平衡．因此， q1、q3均带负电．也就是说，在这种情况下， q1、q3必须是同种电荷且跟q2是异种电荷．
q1受q2水平向右的库仑引力作用和q3水平向左的库仑斥力作用．借题发挥　本题设置的物理情景比较清楚，过程也很单一，但仍要注意分析，仔细运算，容易出现的问题有：由于未认真审题，误认为只是要求q2处于平衡状态而没有看清是三个点电荷均要处于平衡状态；或者在分析时，片面地认为只要考
虑其中两个点电荷的平衡条件就行了，似乎只要满足了这一条件，它们对第三个点电荷的库仑力肯定相等；或者运算时丢三落四．凡此种种，均不可能得出正确的结果．【变式2】
如图1－2－3所示，在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为＋4Q和－Q的点电荷．将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置，可以使它在电场力作用下保持静止？若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷？电荷量是多大？答案　见解析【典例3】如图1－2－4所示，半径为R的橡胶圈均匀带有电荷量为＋Q的电荷，另一带电荷量为＋q的点电荷放在圆心O上，由于对称性，点电荷受力为零，若在橡胶圈上剪去一小段l(l很小)，则此时置于圆心的点电荷所受力的大小为多少？方向如何？(已知静电力常量k)解析　由于橡胶圈均匀带电，原来每条直径两端相等长度的电荷对圆心处点电荷＋q的库仑力相互平衡．当在橡胶圈A处剪去长为l的一小段后，因为是橡胶圈，其余部分的电荷分布不改变，所以其他直径两端电荷对球心处＋q的作用力仍相互平衡，剩下的就是与A相对的B处长度也等于l的电荷对它的作用力，又因为l很小，所以l可以当作点电荷，适用于库仑定律．借题发挥　本题求解时灵活运用了对称的思想及近似的处理方法．题中两处用到近似：(1)剪去一小段后，认为电荷在橡胶环上的分布不变；(2)把B处一小段上的电荷看成点电荷，这也是解决物理问题的基本方法之一. 答案　D2．两个放在绝缘架上的相同金属球，相距r，球的半径比r小得多，带电荷量大小分别为q和3q，相互斥力为3F.现将这两个金属球相接触，然后分开，仍放回原处，则它们之间的相互作用力将变为(　　)．
A．F
B．4F/3
C．4F
D．以上三个答案之外的一个值A．Q3为负电荷，且放于A左方
B．Q3为负电荷，且放于B右方
C．Q3为正电荷，且放于A、B之间
D．Q3为正电荷，且放于B右方解析　依题意，Q3所放的位置只可能在A、B直线上的三个区域，也就是选项中涉及的“A左方”或“A、B之间”或“B右方”．因为每个电荷都受到其余两个电荷的库仑力作用，且已知Q1和Q2是异种电荷，对Q3作用力一引力、一斥力，所以Q3要平衡就不能放在A、B之间，依照库仑定律知，由于B处的电荷Q2电荷量较大，Q3应放在离Q2较远而离Q1较近的地方才有可能处于平衡，故应放在Q1(即A)的左侧，要使Q1和Q2也处于平衡，Q3必须带负电，故应选A项．
答案　A4．如图1－2－6所示，两个大小相同的小球，质量分别为m1、m2，带同种电荷，电荷量分别为q1、q2，将它们用等长的细丝线悬挂于同一点O.若这时两悬线与竖直方向的夹角相等，则m1和m2，q1和q2的关系可能是(　　)．
A．m1＝m2，q1＝q2 B．m1＝m2；q1≠q2
C．m1≠m2；q1＝q2 D．m1≠m2，q1≠q2解析　本题是一道包括电场力在内的力学题，应根据受力分析，利用平衡条件，就可以找出q1、q2、m1、m2之间的关系．取q1小球为研究对象，q1小球受重力m1g，悬线拉力T1和q2小球对它的斥力F作用，其受力示意图如图所示．q1小球在三个共点力作用下处于平衡状态，则m1g和F的合力与悬线拉力T1大小相等、方向相反，并在同一直线上，小球受力如图所示．答案　AB